МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ И ЕГО ЭЛЕМЕНТЫ
Известно, что подвижная магнитная стрелка, удаленная от магнитных и железных масс, всегда устанавливается в определенном направлении («На север»). Это явление доказывает, что вокруг земного шара существует магнитное поле. Магнитное поле Земли в любой точке характеризуется вектором напряженности Ят, модуль которого измеряется в эрстедах (Э) и гаммах (у) (1 гамма = = 10~5 Э). Разложим вектор Ят на составляющие в прямоугольной системе координат.’ Одну из осей этой системы (ось X) сориентируем по направлению географического меридиана, вторую ось (ось У) —по направлению параллели на восток, а третью ось (ось Z)—вниз по направлению вертикали (рис. 4.7). Поместим начало Координат в точку О, где происходит наблюдение напряженности магнитного поля Земли.
Тогда вектор Ят, являясь касательной к силовой линии в данной точке, займет по отношению к осям выбранной системы координат вполне определенное положение. ^Проекцию вектора. Ят на ось ОХ принято называть северной составляющей X; проекцию на ось OY — восточной составляющей К; проекцию на ось OZ — вертикальной составляющей Z.
Проекция вектора Ят на горизонтальную плоскость ХО Y называется горизонтальной составляющей Я. Вертикальная плоскость, рис 47 Элементы земного магне — в которой лежит вектор Ят, назы — тизма
вается плоскостью магнитного меридиана. Угол между географическим и магнитным меридианом, как указывалось ранее, будет называться магнитным склонением Дм.
Угол между горизонтальной плоскостью и вектором Ят называется магнитным наклонением и обозначается буквой /. Изменяется магнитное наклонение от 0 до ±90°.
Наклонение считается положительным, если вектор Ят направлен вниз от плоскости горизонта. Это имеет место в Северном полушарии. В Южном полушарии наклонение отрицательное.
Склонение (Дм) и наклонение (/), горизонтальная (Я), вертикальная (Z), северная и восточная составляющие (X и У) вектора
напряженности магнитного поля Земли являются элементами земного магнетизма.
Зависимость между величинами #т, Н, Z, У, X, Д„ и / определяется следующими соотношениями, очевидными из рис. 4.7:
II, = Ун1 + Z2 = VT2 + У2 + Z2;
X — И cos Ам; Y ~И sin Дм; (4.3)
tg^M = x: — Н — H-rcos J Z — H, sinJ.
Полученные соотношения показывают, что для полной характеристики магнитного поля Земли в любой точке достаточно знать величину трех его элементов: X, У, Z, или Z, Н, Дм, или Нт, Дм, /.
Работы по измерению элементов земного магнетизма и исследованию магнитного поля Земли получили название магнитных съемок. По результатам магнитных съемок составляются специальные карты, на которых элементы земного магнетизма представляются в виде изолиний, то есть линий с одинаковым значением какого-либо параметра. Такие карты называются магнитными картами.
Изолинии магнитного склонения Дм называют изогонами, магнитного наклонения / — изоклинами, напряженности вектора’ Ну и его составляющих — из один а ми. Изогоны наносятся на полетные карты.
Результаты систематических наблюдений за магнитным полем Земли показывают, что элементы земного магнетизма в течение суток, а также год от года меняются. Эти изменения получили название вариаций.
Исследование суточных изменений показывает, что эти вариации носят периодический характер, а их параметры (период, амплитуда, фаза и др.) чрезвычайно разнообразны. Среднегодовые значения элементов земного магнетизма тоже не постоянны. Период их изменения составляет сотни лет. Поэтому эти вариации получили название вековых.
.Так как элементы земного магнетизма изменяются во времени, то составление магнитных карт приурочивают к какому-нибудь определенному моменту времени. Обычно для этого принимается середина года. Этот момент называют эпохой. Так, например, если карта составлена для эпохи 1970 г., то на ней все элементы земного магнетизма даны для 1 июля 1970 года на 00 часов 00 минут гринвичского времени.
Магнитные карты строятся для данной области, для целой страны и, наконец, для всего земного шара. В последнем случае они называются — мировыми магнитными картами (рис. 4.8).
Анализ этих карт приводит к выводу о том, что магнитное, поле Земли неоднородно. Оно является суммой нескольких магнитных полей, основными из которых будут:
— поле однородного намагничивания земного шара;
— материковое поле, связанное с неоднородностью строения внутренних слоев земного шара;
OS I.051 |
Рис. 4.8. Мировая карта магнитных склонений (сплошная линия — положительное, а’ пунктирная линия — отрицательное склонение) |
— аномальное поле, обусловленное намагниченностью верхних слоев земной коры;
— внешнее поле, связанное с электрическими токами в верхних слоях атмосферы.
Сумму трех полей — поля однородного намагничивания земного шара, материкового и внешнего полей — иногда называют нормальным полем. На магнитных картах показывают элементы земного магнетизма нормального поля. Аномальное поле в свою очередь принято делить на местные (локальные) и региональные (занимающие большие районы) магнитные аномалии.
Причиной местных магнитных аномалий являются горные породы, которые залегают в верхних слоях земной коры на глубинах не более 10—12 км. Находясь в магнитном поле других источников, эти горные породы, обладая ферромагнитными свойствами, намагничиваются и создают собственное магнитное поле, которое и вызывает магнитную аномалию. Региональные аномалии вызываются более глубокими слоями земной коры. Наиболее характерными локальными аномалиями являются Курская и Соколовско- Сарбанская. Действие локальных аномалий сильно сказывается на работе магнитных курсовых приборов на малых и особенно предельно малых высотах. Однако с увеличением высоты их влияние быстро падает. Например, в районе Курской магнитной аномалии магнитное склонение со 100°, измеренное на высоте 200 м, уменьшается до 10° на высоте 3000 м. В отличие от локальных региональные магнитные аномалии е высотой затухают очень медленно, и их влияние на работу магнитных курсовых приборов одинаково во всем диапазоне высот полетов самолетов.
На полетных картах проводятся изогоны нормального поля и дополнительно выделяются районы магнитных аномалий, в которых указываются величина и диапазон изменения магнитного склонения.
Точки, в которых горизонтальная составляющая Н равна нулю, а наклонение / равно 90°, называют магнитными полюсами. При этом полюс, расположенный вблизи северного географического полюса, называется северным, а вблизи южного географического — южным.
Вертикальная составляющая вблизи магнитных полюсов имеет максимальное значение, равное 0,6 Э.
^ Как показывают наблюдения, положение магнитных полюсов на земном шаре непостоянно, а от года к году непрерывно меняется. Так, для эпохи 1950 г. географические координаты магнитных полюсов были: северного — широта 72° с. ш., долгота 96° з. д., южного— широта 70° ю. ш., долгота 150° в. д. Для эпохи же 1965 г. координаты северного магнитного полюса были: широта 70° с. ш., долгота 95° з. д., южного — широта 72° ю. ш., долгота 154° в. д.
Изоклина с наклонением, равным нулю, называется магнитным экватором. Он огибает земной шар, проходя вблизи географического экватора.
Рассматривая мировую карту изогон, можно видеть, что они сходятся в четырех точках земного шара: в географических и магнитных полюсах. Причиной этого схождения изогон является то обстоятельство, что вблизи географического полюса истинные меридианы меняют направление от 0 до 360°, а направление магнитного меридиана остается постоянным.
Подобная картина будет и на магнитных полюсах, где направление географического меридиана постоянно, а направление магнитного меридиана меняется.
Рассмотрим использование магнитного поля Земли для измерения курса самолета.